Врахування втрат води при гідравлічних розрахунках водопровідних мереж

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВРАХУВАННЯ ВТРАТ ВОДИ ПРИ ГІДРАВЛІЧНИХ РОЗРАХУНКАХ ВОДОПРОВІДНИХ МЕРЕЖ

Новицька О.С., асистент, Ткачук О.А., к.т.н., доцент (Національний університет водного господарства та природокористування, м. Рівне)

Наведено залежності витрат води від величин вільних напорів, що враховують втрати води. Показано вплив вільних напорів на результати гідравлічних розрахунків, що враховують дані залежності.

The relationships of water flow rates on free pressure values that taking into account water losses are determined. It is shown, how pressure influence on results of hydraulic calculations taking into account these relationships.

Втрати води складають 40-50% в системах подачі та розподілення води (СПРВ). Однією з основних причин їхнього формування є напори води [1]. Від величин вільних напорів залежать: непродуктивні витрати, що формуються у процесі розбору води споживачем; витоки у споживача, які самовільно виливаються з санітарно-технічних приладів; витоки із водопровідних мереж [2]. Кожна з цих величин впливає на формування загального розбору води із водопровідних мереж.

Для виконання гідравлічних розрахунків СПРВ останнім часом широко використовуються такі програми: EPANET, WaterCAD, Zulu, GRS, Water та ін [3-5]. Втрати води (витоки із зовнішніх водопровідних мереж, витоки у споживача) в цих програмах враховують тільки частково, або не враховуються взагалі. Це призводить до суттєвих неточностей у кінцевих результатах гідравлічних розрахунків СПРВ.

Для приведення у відповідність гідравлічних розрахунків параметрам реального стану СПРВ слід враховувати залежність відборів води від напорів у вузлах водопровідних мереж. При цьому важливе значення має формування секундних (миттєвих) витрат води із урахуванням непродуктивних витрат води, витоків у споживача та із водопровідних мереж.

Кожна із цих складових втрат води по-різному впливає на формування загальних витрат води при різних режимах водоспоживання. Аналіз їхнього впливу на загальний розбір води є необхідним для визначення заходів із енерго- і ресурсозбереження за результатами гідравлічних розрахунків.

Для врахування втрат води при гідравлічних розрахунках розроблено модель [6], на основі якої встановлено залежності витрат води, що відбираються у вузлах водопровідних мереж, від величин вільних напорів:

· при напорах менших за необхідний Нвузл < Нн.вузл

(1)

· при напорах більших за необхідний Нвузл > Нн.вузл

(2)

де qн.вузл - сумарна витрата води при напорі рівному необхідному Н=Нн; k - коефіцієнт, що визначає частку загального відбору води, яка залежить від співвідношення вільних напорів Н до необхідних Нн (k=1 при Н=Нн; k>1 при Н>Нн; k<1 при Н<Нн ); kмод та Кмод - коефіцієнти регресії для напорів менших та більших за нормативний, які залежать від режиму подачі води (коефіцієнтів б і г, що визначаються за формулою 3); ДН - надлишковий напір, м; в - показник степені: в=1,05 - при коефіцієнтах г ? 0,3; в=1,27 - при г > 0,3.

Частка загальних витоків води kзаг.вит у сумарному водорозборі і частка співвідношення між витоками у житлових будинках kвит.буд до загальних виражаються коефіцієнтами, відповідно б та г, які розраховують за виразами

(3)

де kвит.м. - частка витоків води із зовнішніх водопровідних мереж.

Величини коефіцієнтів kмод для Н<Нн та Кмод для Н>Нн залежать від коефіцієнтів б та г та визначаються виразами [6]

(4)

Значення коефіцієнтів a та г для водопровідних мереж знаходяться в межах від 0 до 1. Для житлових будинків: б=0..1; г=1.

Вихідними даними для кожного із вузлів водопровідної мережі при виконанні гідравлічних розрахунків за допомогою удосконаленої програми GRS є: нормована витрата води, що споживається населенням qс.нвузл.; величина необхідного напору Нн.вузл; позначка поверхні землі; величина коефіцієнта частки загальних витоків бвузл; величина коефіцієнта частки витоків води у споживача до загальних гвузл. Коефіцієнти бвузл, гвузл визначаються після проведення експериментальних досліджень залежностей витрат води від величин вільних напорів при різних режимах подачі води [7].

Для кожного вузла в результаті розрахунків буде отримано: значення фактичного напору Нф.вузл; величини коефіцієнтів kмод і Kмод; необхідна витрата води qн.вузл; фактична вузлова витрата qф.вузл.

На основі отриманих параметрів визначаються основні показники СПРВ, що характеризують втрати води у водопровідній мережі (рис.1).

Фактична подача води дорівнює сумі фактичних витрат води m вузлів

(5)

Необхідна подача води є сумою необхідних вузлових витрат води

(6)

Рис.1. Показники СПРВ, що характеризують втрати води у водопровідній мережі за результатами гідравлічних розрахунків (м. Коломия, Івано-Франківська обл., максимальне водоспоживання)

Загальна недоподача води визначається для вузлів, у яких фактичний напір води Нф.вузл є меншим за необхідний Нн.вузл

(7)

У відсотках загальна недоподача води виражається через коефіцієнт онед.

(8)

Сумарні непродуктивні витрати води в л/с та %, що визначаються за формулами

 (9)

(10)

де qс.нвузл - нормована витрата води, що споживається населенням.

Сумарні витоки води в л/с та % обраховуються за виразами

(11)

(12)

Витоки води у споживачів в л/с та % визначаються за формулами

(13)

(14)

Витоки води з мереж в л/с та % обраховуються за виразами

(15)

(16)

Втрати води в л/с та % визначаються за формулами

(17)

(18)

Отже, отримані результати дозволяють визначити частки кожного виду (непродуктивні витрати води; витоки води в будинках та із водопровідних мереж) і сумарних втрат води. Удосконалена програма GRS, також дозволяє виявити проблемні вузли, для яких втрати води чи недоподача води є найбільшими (рис.1). Значення втрат води наводяться в абсолютних величинах та у їх процентному співвідношенні. Це зручно для оцінки ефективності заходів із водо- та енергозбереження при зміні режимів водорозбору.

За допомогою удосконаленої програми GRS проведено гідравлічні розрахунки водопровідних мереж мікрорайону Каскад (м. Івано-Франківськ) для різних режимів водоспоживання та подачі води за існуючою схемою. Отримані результати дозволили визначити, що частка сумарних втрат води є найбільшою в нічні години доби та найменшою - при максимальному водоспоживанні (табл.1). Розраховано також непродуктивні витрати електроенергії (%) за рахунок втрат води.

Таблиця 1

Збільшення витрат електроенергії за рахунок втрат води при різних режимах водоспоживання

В табл. 2 дано порівняння результатів гідравлічних розрахунків за програмою GRS із реальними даними, отриманими в результаті контрольних замірів на виході із насосної станції СПРВ цього мікрорайону. Наведено, також результати без врахування впливу напорів на зростання відборів води. Збільшення втрат води при зростанні напорів води, пояснює, чому витрати води в години мінімального та нічного водоспоживання мало відрізняються між собою. Це пов'язано з тим, що вночі зростає частка втрат води (витоків води у мережі та у споживача), зростають напори води, і, як наслідок збільшуються витрати води. Замість розрахункових 20 м3/год, вони у різні дні становлять від 200 до 220 м3/год (табл.2).

втрата вода гідравлічний водопровідний

Таблиця 2

Зміни витрат поданої води в СПРВ мікрорайону «Каскад» (м. Івано-Франківськ) для різних режимів водоспоживання

*Примітка: індекси вказують на:

1-результати гідравлічних розрахунків, що враховують втрати води GRS;

2-результати гідравлічних розрахунків, що не враховують втрати води;

3-існуючі параметри ВНС Каскад під час проведення експериментальних досліджень.

Висновки

Удосконалено програму гідравлічних розрахунків GRS, що враховує всі види втрат води, які залежать від величин вільних напорів: непродуктивні витрати води, витоки води із мереж та у споживача. На основі результатів гідравлічних розрахунків визначено основні показники СПРВ: фактичну подачу води, недоподачу води, непродуктивні витрати води, витоки води із мереж та у споживача, сумарні витоки води та втрати води (формули 5-18). У даній програмі відображаються проблемні вузли, для яких втрати чи недоподача води є найбільшими. Результати гідравлічних розрахунків для різних режимів подачі води (максимального, середнього, мінімального та нічного) (табл.1), на прикладі розрахунку СПРВ мікрорайону «Каскад» (м. Івано-Франківськ), відповідають реальним даним, що визначені під час експериментальних досліджень (табл.2).

Література

1. Хомко В.Є., Царинник О.Ю. Скорочення водоспоживання населенням - пріоритетний шлях до зменшення втрат води // Збірка доповідей Міжнародного конгресу “ЕТЕВК-2003”-Ялта, 2003. - С.98-102.

2. Устранение потерь воды в системах водоснабжения жилых зданий. Монография / А.П.Свинцов,-М.: Изд-во Рос.ун-та дружбы народов, 2001.-138с.

3. Трильовська М.Р., Кузан М.В. Використання гідравлічної моделі EPANET у м. Львові // Зб. доп. міжнар. конгр. «ЕТЕВК-2001» - Ялта, 2001. - С.23-25.

4. Кушка О.М., Степова Н.Г. WATERCAD - програма для проектування та оптимізації водопровідних мереж // Наук.-техн. зб. «Проблеми водопостачання, водовідведення та гідравліки». - Вип. 1. - К: КНУБА, 2003. - С.63-71.

5. Хоружий П.Д., Ткачук О.А. Водопровiднi cиcтеми i cпоруди. - К.: Вища школа, 1993. - 262 c.

6. Новицька О.С. Вплив вільних напорів і втрат води на величини відборів води із водопровідних мереж // Вісник НУВГП - Зб. наук. праць. - вип.1(37), Рівне, 2007.

7. Новицька О.С. Експериментальні дослідження залежностей витрат води при зміні вільних напорів // Гідромеліорація та гідротехнічне будівництво - Зб. наук. праць. - вип. 29, Рівне, 2005. - с. 145-152.

Размещено на Allbest.ru